buku ajar bahan bakar dan tanur - omp.unsyiahpress.id

BUKU AJAR

BAHAN BAKAR DAN TANUR

Prof. Dr. Ir. Khairil, MT

SYIAH KUALA UNIVERSITY PRESS

2019

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang keras memperbanyak, memfotocopy sebagian atau seluruh isi

buku ini, serta memperjual belikannya tanpa mendapat izin tertulis dari

penerbit.

Diterbitkan oleh Syiah Kuala University Press Darussalam –

Banda Aceh, 23111 Judul Buku : BUKU AJAR BAHAN BAKAR DAN TANUR

Penulis : Khairil Penerbit : Syiah Kuala University Press

Telp : (0651) 801222

Email : [email protected]

Cetakan : 2019ISBN : 978-602-5679-52-0

Anggota IKAPI 018/DIA/2014Anggota APPTI 005.101.1.09.2019

Buku ini

Ditulis sebagai salah satu bentuk ibadah kepada Allah S.W.T

Dalam rangka meneruskan perjuangan Rasulullah S.A.W

Untuk mencerdaskan kehidupan bangsa.

Saya hadiahkan kepada isteri tercinta

Dewi Mutia

Dan Anak-anak yang ku sayangi

Rizki Novridawati, Rachmat Fajri, Rais Maulana,

Rafiq Al Muttaqin dan Rayyan Akhbar.

PENGANTAR PENERBIT

Buku Tanur dan bahan bakar yang ditulis oleh Prof. Dr. Ir. Khairil,

MT, merupakan sebuah buku yang unik dan menarik untuk dibaca terutama

bagi mahasiswa yang mengambil mata kuliah Bahan Bakar dan Tanur. Buku

ini disusun berdasarkan hasil dari penelitian oleh penulis sendiri dan hasil

dari peneliti sebelumnya yang dikemas dalam bahasa dan gambar - gambar

yang mudah dipahami dan dimengerti oleh pembaca.

Menurut Prof. Khairil, masih banyak mahasiswa merasa kesulitan

untuk memahami dan mengerti tentang teknik peleburan besi, baik dengan

cara peleburan menggunakan tanur tiup, reduksi langsung dan peleburan

langsung. Teknik peleburan yang diarahkan nantinya berbasis batubara

dipandang perlu dicermati terutama oleh mahasiswa yang sedang mendalami

mata kuliah Bahan bakar dan Tanur pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas

Teknik UNSYIAH. Barangkali hal ini juga demikian terasa oleh para

mahasiswa di Universitas lainnya.

Penerbit

Buku ini kami nilai sangat praktis untuk dipelajari dan mudah

dipahami, karena dalam uraianya dilengkapi dengan contoh-contoh soal dan

soal-soal latihan. Sehingga para pembaca diharapkan dapat memahami dan

mengetahui pengetahuan dasar teknik peleburan besi sehingga dapat

mengaplikasinya pada kasus-kasus yang sederhana pada teknik peleburan

besi.

i

KATA SAMBUTAN

Penulisan buku ajar di Universitas Syiah Kuala telah dimulai sejak

awal perguruan tinggi didirikan. Dari data yang ada pada laporan program

bantuan buku ajar, sudah ada kecenderungan peningkatan penerbitan buku

ajar yang ditulis oleh para staf pengajar Universitas Syiah Kuala dalam

periode akhir-akhir ini.

Universitas Syiah Kuala terus mendukung dan mendorong para staf

pengajar untuk menulis buku ajar, sehingga dapat digunakan oleh para

mahasiswa sebagai referensi bacaan. Untuk mensukseskan program

penulisan buku ajar tersebut, maka Universitas Syiah Kuala telah

meluncurkan program bantuan baik berupa dana insentif penulisan buku ajar

maupun buku panduan lainnya.

Tidak dapat dipungkiri bahwa dalam penyusanan buku ajar ini telah

banyak tenaga dan pikiran yang dicurahkan oleh penulis untuk menghasilkan

sebuah buku ajar yang baik dan mudah dimengerti oleh para mahasiswa baik

yang ada di lingkungan Universitas Syiah Kuala maupun di Perguruan

Tinggi lainnya.

Kami mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Ir. Khairil, MT

yang telah banyak meluangkan waktu dan tenaga dalam menyusun buku ajar

Bahan Bakar dan Tanur. Semaga hasil karya ini dapat berguna untuk

mencerdaskan kehidupan bangsa yang tercinta.

Rektor Universitas Syiah Kuala

Prof. Dr. Ir. Samsul Rizal, M. Eng.

ii

PENGHORMATAN DAN UCAPAN

TERIMA KASIH

Penghormatan penulis dan Terima kasih tanpa batas kepada yang

mulia ayahanda M. Daud Abdullah (Alm) dan Ibunda Ruhamah atas

ketulusan usaha dan perjuangan serta do’a tiada henti yang dipanjatkan untuk

tercapainya cita-cita penulis. Penulis juga menyampaikan terima kasih

khusus kepada dosen pembimbing program sarjana S1 (Teknik Mesin

Unsyiah) yaitu Ir. Machrouzar Manan dan Ir. Iskandar. Dosen Pembimbing

program magister Teknik Mesin ITB yaitu Prof. Dr. Ir. Ariyadi Suwono serta

dosen pembimbing program doktor di TUT Japan, yaitu Prof. Dr. Eng

Kazutomo Ohtake, Prof. Dr. Eng Ichiro Naruse, Prof. Iddi Mkilaha (Tanzania

University) yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan

studinya.

Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Prof. Dr. Ir. Samsul

Rizal, M. Eng sebagai Rektor Universitas Syiah Kuala dan seluruh sivitas

akademika yang turut terlibat dan membantu penulis dalam proses

penyusunan penulisan Buku Ajar ini. Penulis juga turut berdoa kepada

pembimbing yang sudah mendahului meninggalkan dunia ini, semoga amal

baik beliau-beliau dapat diterima di sisi Allah S.W.T dan bagi yang masih

hidup semoga Allah S.W.T selalu melindunginya. Amin ya rabbal alamin.

Akhirul kalam, puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah

S.W.T, atas nikmat hidayah, dan semua nikmat lainnya yang tidak ternilai

akibat penyusunan buku ajar yang penulis terima, ini hanya dapat terjadi

karena anugerah-Nya semata. Semoga penulis diberi kekuatan dalam

mengembankan amanah ini dan dimasukkan dalam hamba-Nya yang pandai

bersyukur.

PENULIS

iii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kita ucapkan kehadirat Allah S.W.T yang telah

memberikan berkah dan ilmu kepada kita semua, sehingga penulis telah

menyelesaikan penyusunan buku ajar untuk mahasiswa. Selawat dan Salam

kita panjatkan kepada Nabi Besar Muhammad S.A.W. dengan berkat

perjuangan beliaulah kita telah menikmati iman dan islam serta telah

merubah peradaban manusia dari alam kebodohan menjadi alam yang penuh

ilmu pengetahuan.

Mengingat kebutuhan yang sangat diperlukan oleh mahasiswa yang

sedang mendalami mata kuliah Bahan Bakar dan Tanur pada Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik UNSYIAH khususnya dan para pembaca di

Universitas lainnya maka penulis terdorong keinginan untuk menyusun buku

ajar yang berjudul “ Bahan Bakar dan Tanur ”.

Penulisan buku ajar ini disusun atas 10 bab, supaya mahasiswa mudah

memahaminya dan mengerti tentang langkah-langkah yang diperlukan untuk

teknik peleburan besi. Baik dari prilaku sebagai bahan baku berupa batubara,

kokas dan biji besi maupun sebagai proses dalam bentuk reaksi kimia dasar

peleburan besi. Harapannya mahasiswa dapat mengerti dan memahami

tentang konsep-konsep pembakaran sebagai penyedia energi thermal dan

penyedia gas CO untuk keperluan reduksi biji besi dan sekaligus bisa

membantu dalam menyelesaikan kasus-kasus sederhana dalam berbagai

aplikasi teknik peleburan besi berbasis bahan bakar batubara.

Adapun cakupan pembahasannya dalam buku ini sebagai berikut.

Pendahuluan tentang dasar peleburan besi akan di bahas pada Bab 1, Bab 2,

Bab 3 dan Bab 4 akan dibahas mengenai sifat-sifat dasar bahan baku untuk

proses peleburan besi meliputi batubara, biji besi dan pembakaran bahan

bakar. Bab 5 dan Bab 6 akan dibahas kokas dan prilaku interaksi abu dari

batubara terhadap permuakaan kokas. Bab 7 dan Bab 8 akan dibahan tentang

teknik peleburan besi dengan menggunakan tanur tiup, reduksi langsung dan

peleburan langsung. Pada Bab 9 akan dibahas tentang kenetika reduksi biji

besi. Sedangkan Bab 10 akan dibahas tentang emisi dari hasil pembakaran

serta teknik penurunan emisi pada tanur peleburan.

Dalam penyusunan buku ajar ini penulis sudah berusaha

mengumpulkan beberapa informasi penting dari hasil penelitian penulis

sendiri dan beberapa informasi tambahan dari sumber peneliti lainnya, tentu

dalam penyusunannya masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu

iv

dengan segala keterbukaan penulis dengan senang hati menerima masukan,

kritikan dan saran untuk perbaikan buku ajar ini. Akhirnya penulis juga tidak

lupa mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak-pihak yang membantu

dalam penyusunan buku ajar ini

Semoga Allah S.W.T dapat membalas segala jasa dan bantuan yang telah

diberikan dalam persiapan penulisan buku ajar ini.

Prof. Dr. Ir. Khairil, MT

v

Darussalam, Agustus 2019

Penulis

DAFTAR ISI

Hal

PENGANTAR PENERBIT ii

SAMBUTAN REKTOR iii

PENGHORMATAN DAN UCAPAN TERIMA KASIH iv

KATA PENGANTAR PENULIS v

DAFTAR ISI vi

BAB 1 PENDAHULUAN 1

1.1. Pengantar Tentang Besi 1

1.2. Sejarah Pembuatan Besi 3

1.3. Reaksi Kimia Ekstraksi biji Besi 4

1.4. Prinsip Dasar Peleburan Besi 8

Daftar Istilah 12

Soal-soal Latihan 13

Daftar Kepustakaan 14

BAB 2 Biji Besi (IRON ORE) 15

2.1. Klasifikasi Biji Besi 15

2.2. Sifat-sifat dasar biji besi 18

2.3. Potensi biji besi Indonesia 19



BAB 3 BAHAN BAKAR 27

3.1. Bahan bakar batubara 27

3.1.1. Karakteristik Batubara 29

3.1.2. Analisa Proksimasi 30

3.1.3. Analisa Ultimasi 32

3.2. Bahan bakar gas alam 33

3.2.1. Gas kota 34

3.3. Bahan bakar cair 35

3.3.1. Sifat-sifat bahan bakar minyak 36



vi

BAB 4 PEMBAKARAN BAHAN BAKAR 43

4.1. Keperluan udara pembakaran 44

4.2. Produk pembakaran bahan bakar 49

4.3. Kegunaan praktis dari komposisi gas asap 53

4.4. Pembakaran dibawah reaksi ideal 54


Daftar istilah 60


BAB 5 KOKAS (COKE) 63

5.1. Sifat-sifat Kokas 65

5.1.1. Sifat fisik 65

5.1.2. Sifat kimia 66

5.2. Teknologi Pembuatan Kokas 66

5.2.1. Kokas sebagai bahan bakar 66

5.2.2. Briket kokas 71

5.3. Kualitas kokas 73

5.3.1. Kekuatan kokas 74



BAB 6 PRILAKU ABU BATUBARA PADA PERMUKAAN 79

KOKAS

6.1 Prilaku Dasar Interaksi Abu Cair dengan Kokas 79

6.2. Temperatur abu diatas permukaan kokas 81

6.3. Perubahan massa kokas selama interaksi 86

6.4. Komposisi material akibat interaksi 87


BAB 7 TANUR TIUP 89

7.1. Teknologi peleburan dengan tanur tiup 90

7.1.1. Sejarah peleburan besi dengan tanur tiup 91

7.1.2. Mekanisme peleburan besi dengan tanur tiup 92

7.1.3. Reaksi kimia proses peleburan 93

7.2. Teknologi injeksi serbuk batubara pada tanur tiup 96

7.3. Pengembangan Teknologi Produksi besi cair

berbasis batubara 99


vii

BAB 8 REDUKSI LANGSUNG DAN PROSES

PELEBURAN 103

8.1. Sejarah teknologi reduksi langsung biji besi 104

8.2. Reaksi kimia reduksi langsung biji besi 105

8.3. Effektivitas reduksi langsung biji besi 106

8.4. Proses peleburan langsung 108


BAB 9 KINETIKA REDUKSI BIJI BESI 111

9.1. Fraksi penurunan massa selama reduksi 112

9.2. Konstanta laju reduksi biji besi 113

9.3. Aktivasi energi proses reduksi 119


BAB 10 EMISI DARI PEMBAKARAN BAHAN BAKAR 123

10.1. Efek rumah kaca 125

10.2. Emisi karbon dioksida 125

10.3. Emisi karbon monoksida 128

10.4. Oksida nitrogen 128

10.4.1. Nitrogen di udara 129

10.4.2. Bahan bakar – ikatan nitrogen 131

10.5. Teknologi penurunan emisi NOX 132

10.5.1. Disain burner rendah NOx 133

10.5.2. Teknologi injeksi bahan bakar susulan 134

10.6. Oksida sulfur 137

10.7. Desulfurisasi gas asap 140


viii

PENDAHULUAN

1.1. Pengantar Tentang Besi

Besi adalah sebuah elemen logam, dimana logam ini termasuk dalam

kumpulan logam-logam group VII dalam tabel sistem periodik dengan simbul

Fe dan dalam bahasa latin disebut dengan Ferrum. Besi memiliki nomor atom

26 dengan berat atom sekitar 55.847 dan memiliki temperatur didih sekitar

1535 oC (2975 oF), atau bisa lebih rendah dari itu, tergantung dari pada

kemurnian metal tersebut. Besi secara kimia memiliki sifat yang dapat

menyatu dengan logam lain atau yang lebih dikenal sebagai logam paduan.

Variasi persentase campuran logam lainnya ke dalam besi dapat meningkatkan

sifat dan kualitas dari paduan tersebut. Besi turut berkontribusi dalam

komposisi sekitar 5 % dari isi bumi, material tersebut merupakan jumlah

terbanyak yang kedua setelah alumunium dan jumlah terbanyak keempat

setelah oksigen, silicon dan alumunium diantara logam lainnya (Wakelin D.H.

and Ricketts J. A., 1999).

Sebagai mana diketahui bahwa logam besi tidak bisa terjadi sendiri

atau berdiri sendiri (stabil) dalam bentuk logam murni di bumi. Biasanya

selalu ditemukan sebagai bentuk oksida besi atau dikenal dengan biji besi (iron

Tujuan Instruksional Khusus (TIK)

Setelah membahas bagian ini, maka pembaca:

a. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar kimia dan fisika

material besi.

b. Mengetahui sejarah dasar-dasar teknologi pembuatan besi.

c. Dapat memahami prinsip dasar reaksi kimia ektraksi biji besi.

d. Dapat memahami teknologi dasar peleburan besi.

BAB

1

1

14

Daftar Kepustakaan

1. Dept. Agama RI, (2009), Mushaf Al Qur’an dan Terjemahan, CV.

Pusaka Al-Kausar, Jakarta Timur.

2. Direktorat Inventarisasi Sumber Daya Mineral, (2004), Sumber daya

dan Cadangan Nasional Mineral, Batubara dan Panas Bumi Tahun,

2003, ESDM, Jakarta, Indonesia.

3. Hanby V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating

Systems, Springer-Verlag, London.

4. Http://theglobejournal.com, “Berkah Bijih Besi Lhoong”, di akses 25

Juli 2015.

5. Khairil, (2001), Study on Coal Combustion Characteristics and Ash

Deposition Behaviours for Pulverized Coal Injection Technology in

Blast Furnace, Doctor of Engineering Disertasion, Toyohashi

university of Technology, Japan.

6. Uchida H., (1995), Short History of Japanese Technology, The History

of Technology Library, Mitaku, Tokyo.

7. Wakelin D.H. and Ricketts J. A., (1999), The AISE Steel Production,

Pittsburgh, PA.

15

BIJI BESI (IRON ORE)

2.1. Klasifikasi Biji Besi

Biji besi merupakan batuan yang mengandung mineral-mineral besi

dan sejumlah mineral tambahan lainya berupa paduan seperti silika, alumina,

magnesia, dan lain-lain. Biji besi yang terkandung dalam batuan tersebut dapat

diekstraksi dengan teknologi tertentu seperti yang telah dijelaskan pada bagian

Bab 1 terdahulu sehingga secara ekonomis dapat menjadi nilai tambah.

Berdasarkan data dari sistem periodik, maka unsur besi (Fe) terdapat pada

golongan VIII B yang mempunyai nomor atom 26.

Biji besi merupakan bahan baku utama dalam pembuatan besi dan baja.

Indonesia memiliki potensi sumber daya biji besi yang cukup besar yang

selama ini belum pernah dimanfaatkan secara optimal. Hal ini barangkali

disebabkan dikarenakan berbagai kendala baik dari segi teknologi

penambangan, lingkungan dan juga masih ada biji besi dengan rendahnya

kandungan unsur besinya. Berdasarkan peneliti sebelumnya (Jensen M. L. and

Bafeman A. M., 1981) biji besi dapat diklasifikasi beberapa jenis biji besi yang

berdasarkan kandungan mineral Fe, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.1 di

bawah ini.



a. Dapat mengetahui perbedaan masing-masing jenis biji besi

b. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar biji besi

c. Mengetahui sebaran potensi biji besi di Indonesia.

BAB

2

25

Daftar Kepustakaan

1. Bambang Pardiarto, (2011), Peluang Bijih Besi Dalam Pemenuhan

Kebutuhan Komoditas Mineral Strategis Nasional, Makalah Ilmiah

Buletin Sumber Daya Geologi, volume 6, nomor 2, Bandung, 2011.

2. Direktorat Inventarisasi SDM, (2004), Sumber daya dan Cadangan

Nasional Mineral, Batubara dan Panas Bumi Tahun 2003, Direktorat

Inventarisasi Sumber Daya Mineral, Indonesia.

3. Euro inox, (2007), Stainless Steel: Tables of Technical Properties, Second

Edition, Mechanical properties of stainless steel.

4. https://www.google.com/search?q=magnetite+iron, diakses 06-Febuari-

2018).

5. https://www.scribd.com/doc/208506386/Mineral-Siderite, diakses 07-

Febuari-2018).

6. https://id.wikipedia.org/wiki/Bijih_besi), diakses 07-April-2018).

7. Iron & Ferro alloy Metals, 1981; Economic Mineral Deposits, in (ed) M.

L. Jensen & A. M. Bafeman, P. 392.

8. Serambi Indonesia, Bijih Besi di Aceh Bermineral Tinggi,

serambinews.com Banda Aceh, Kamis, 16 Januari 2014 19:26.

9. Sumber Daya Geologi, (2008), Sumber Daya dan Cadangan Besi Primer

di Kalimantan Selatan, Direktorat Sumber Daya Geologi, Indonesia.

https://www.google.com/search?q=magnetite+iron

https://www.scribd.com/doc/208506386/Mineral-Siderite

https://id.wikipedia.org/wiki/Bijih_besi

27

BAHAN BAKAR

Bahan bakar sudah lama digunakan oleh manusia sebagai sumber energi

panas untuk kelangsungan hidupnya. Penggunaan bahan bakar umumnya

untuk keperluan mamasak, sebagai pemanas ruangan, pembangkit tenaga

listrik, proses peleburan besi dan lain sebagainya. Jenis bahan bakar yang

dapat digunakan sebagai sumber energi panas adalah bahan bakar padat, gas

dan cair. Sumber bahan bakar baik yang berasal dari fossil misalnya batubara,

gas dan minyak bumi maupun berasal dari bukan fossil seperti biomassa

(limbah hasil perkebunan dan pertanian).

3.1 Bahan Bakar Batubara

Batubara adalah bahan bakar organik yang tidak homogen, terbentuknya

batubara tersebut sebagian besar dari komposisi dan metamorphosis sisa–sisa

tumbuhan yang lama yaitu ribuan bahkan puluhan ribu tahun yang sudah

memadat. Karena adanya faktor alamiah seperti penuaan atau bencana alam,

tumbuh–tumbuhan itu kemudian terkumpul menjadi satu. Kumpulan ini

kemudian mengalami proses perubahan bentuk awal yang berupa pelapukan

dan terdegradasi oleh jamur dan bakteri, serta oksidasi. Proses ini kemudian

dilanjutkan dengan proses sekunder berupa proses penuaan, yang merupakan

akibat dari tekanan dan temperatur tinggi dan cenderung berubah–ubah, serta

temperatur yang tidak konstan (Smoot L.D., 1993).



a. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar bahan bakar padat,

gas dan cair.

b. Memahami dasar-dasar analisa kualitas bahan bakar.

c. Dapat menentukan nilai kalor dari bahan bakar.

BAB

3

42

Daftar Kepustakaan

1. Archie, W., C., 1991. Prinsip-prinsip Konversi Energi. Terjemahan oleh

Darwin Sitompul, Penerbit Erlangga, Jakarta.

2. Bermkowizt, N., 1979. An Introduction to Coal Technology, Academic

Press, New York, USA.

3. British Standards Institution (1983). BS 2869: Specification for fuel oils for

oil engines and burner for non-marine use. BSI, London.

4. Hanbay V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating Systems,

Springer-Verlag, London.

5. Hendrickson. T., A, 1975. Synthetic Fuels Data Handbook, Cameron

Engineers, Inc., Denver, Colorado.

6. Indonesia Energy Outlook and Statistics, 2006. Minister of Energy and

Mineral Resources, Jakarta.

7. Khairil, Daisuke KAMIHASHIRA, Katsuya NAKAYAMA and Ichiro

NARUSE, 2001. “Fundamental Reaction Characteristics of Pulverized

Coal at High Temperature”, ISIJ International, Vol. 41, No. 2, pp. 136-

141.

8. Khairil, 2002. “Teknologi Batubara Bersih dan Prospek Penggunaanya

Sebagai Pembangkit Tenaga Listrik di Nanggroe Aceh Darussalam”,

Seminar Energi dam Managemen 2002, FT. UNSYIAH, Banda Aceh.

9. Khairil, Aryadi Suwono and Ichiro Naruse, 2007. “Effect of Biomass

Addition on Combustion Characteristics of Bio-briquette”, Jurnal

Teknik Mesin, Volume 7, Nomor 2, Hal 107-114.

10. Khairil dan Irwansyah, 2010. “Kaji Eksperimental Teknologi pembuatan

kokas dari batubara sebagai sumber panas dan karbon pada tanur

Tinggi (blast furnace)”, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin

(SNTTM) ke-9, Palembang.

11. Smoot L.D., (Ed). 1993. Fundamentals of Coal Combustion for Clean and

Efficient Use, Elsevier, New York, USA.

12. Sujay Kumar Dutta and Rameshwar Sah, (2016), Direct Reduced Iron:

Production, In Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys. Taylor

and Francis: New York, Published online: 30 Mar 2016; 1082-1108.

43

PEMBAKARAN

BAHAN BAKAR

Ada dua aspek penting dalam pemakaian persamaan ideal pembakaran

yang telah diperkenalkan pada bab sebelumnya. Pertama, persamaan ideal

(stoikhiometrik) dimana bahan bakar digabungkan dengan oksigen yang

digunakan sebagai dasar untuk menentukan jumlah udara yang sebenarnya

untuk proses pembakaram bahan bakar. Kedua pengetahuan tentang

komposisi produk yang dihasilkan dari pembakaran. Dimana gas produk

tersebut dapat digunakan sebagai penyedia energy termal dan media penyedia

gas reduksi untuk peleburan biji besi.

Komposisi gas asap merupakan informasi yang penting jika suatu

sistem gas buang ingin dirancang secara benar. Pengukuran komposisi gas

asap selama pembakaran dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan

operasional yang benar dari suatu proses pembakaran pada saat pembangkit

tenaga bekerja. Monitoring komposisi gas asap dapat dilakukan secara terus

menerus dan juga dapat dikontrol selama alat pembakaran bekerja secara



a. Mampu menghitung jumlah udara yang diperlukan untuk

pembakaran yang ideal.

b. Mampu menghitung komposisi produk dari hasil pembakaran.

c. Mampu menghitung jumlah kelebihan udara untuk pembakaran

yang nyata/real.

d. Mampu menghitung komposisi produk pembakaran dengan basis

basah dan basis kering.

e. Memahami karakteristik pembakaran dibawah stoikhiometrik.

BAB

4

61

Daftar Perpustakaan

1. Hanby V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating Systems,


2. Khairil, Daisuke KAMIHASHIRA and Ichiro NARUSE, 2001. “Reaction

Behavior of Coke Lump in High-Temperature Pulverized Coal

Reaction”, 11th International Conference on Coal Science, San

Francisco, California.

3. Naruse, ICHIRO, Katsuya NAKAYAMA and KHAIRIL, 2000. “Ash

Deposition Characteristics in Pulverized Coal Reaction under High

Temperature Conditions”, Journal of Chemical Engineering of Japan,

Vol.33, No. 3, pp.359-364.

63

KOKAS (COKE)

Kokas merupakan hasil dari proses karbonisasi batubara pada

temperatur tertentu tanpa menggunakan udara. Proses pembuatan kokas dapat

dilakukan dengan cara pemanasan pada temperatur rendah dan pemanasan

pada temperatur tinggi. Proses karbonisasi pada temperatur rendah biasanya

sekitar 450 oC sampai 760 oC sedangkan proses karbonisasi pada termperatur

tinggi yaitu sekitar 900 oC sampai 1050 oC (AISE Steel Foundation, 1999).

Perbedaan temperatur karbonisasi biasanya dikaitkan dengan jenis

penggunaan kokas itu sendiri, seperti misalnya kokas untuk penggunan pada

proses metalurgi digunakan kokas hasil karbonisasi pada temperatur tinggi.

Selama proses karbonisasi dalam hal ini sebagai akibat dari kenaikan

temperatur maka material yang terkandung dalam batubara sebagian akan

terlepas keluar. Umumnya sekitar 20 – 30 % dari massa bongkahan batubara

akan terbuang keluar. Material - material yang keluar dari bongkahan batubara

selama proses karbonisasi merupakan uap air, zat-zat mudah terbang (volatile

matter) seperti campuran gas hidrokarbon (CH4, C2H4 dan turunan lainnya),

kandungan zat organik yang mengalami proses kondensasi (tar), cairan

amoniak (amoniacal liquor) serta hidrokarbon lain dalam bentuk gas akan

terbuang keluar. Gas-gas yang keluar gari hasil karbonisasi dapat didinginkan



a. Mampu memahami pengertian sifat-sifat dasar kokas.

b. Memahami teknologi pembuatan kokas.

c. Dapat menentukan nilai kekuatan kokas.

d. Dapat mengetahui penggunaan kokas untuk industri logam.

BAB

5

78

Daftar Kepustakaan

1. AISE Steel Foundation, (1999), Ironmaking Volume, Pittsburgh, PA, USA.

2. Hardashan S.Valia, (2000), Coke Production for Blast Furnace Iron

Making, Ispat Inland Inc.

3. Heribert Bertling, (1999), Coal and Coke for Blast Furnace, ISIJ

International, Vol.39, No. 7, pp 617-624.

4. http://www.chem-is-try.org. Diakses tanggal 12 Februari 2015.

5. http://www.steel.org. Diakses tanggal 12 Februari 2015.

6. Khairil dan Irwansyah, (2010), “Kaji Eksperimental Teknologi Pembuatan

Kokas Dari Batubara Sebagai Sumber Panas Dan Karbon Pada Tanur

Tinggi (Blast Furnace)”, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin

(SNTTM) ke-9, Palembang, 13-15 Oktober 2010.

7. Khairil, Ibrahim dan Irwansyah, (2011), “Kajian Dasar Karakterisasi

Karbonisasi Batubara Muda Pada Temperatur Rendah”, Seminar Nasional

Tahunan Teknik Mesin (SNTTM) ke - X, Jurusan Teknik Mesin UB,

Malang, Indonesia, 2 – 3 November 2011.

8. Khairil, Mahidin, Iskandar dan Ibrahim, (2014), “Kaji Eksperimental Effek

Prilaku Briket Kokas Dengan Menggunakan Material Perekat Berbasis

Dapat Diperbaharui”, Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin (SNTTM)

ke-13, Kampus UI, 15-16 Oktober 2014.

9. Sunahara, K., Inada, T. and Iwanaga, Y., (1993), Ironmaking and

Steelmaking, 20, 3, p.207.

http://www.chem-is-try.org/

http://www.steel.org/

79

PRILAKU ABU BATUBARA PADA

PERMUKAAN KOKAS

6.1 Prilaku Dasar Interaksi Abu Cair dengan Kokas.

Salah satu cara untuk meningkatkan produksi besi cair (liquid iron)

dan sekaligus mengurangi biaya bahan bakar dengan cara mengurangi

pemakaian kokas, maka teknik injeksi serbuk batubara (Pulverized coal

injetion technology) telah digunakan pada tanur tiup (Shimizu, 1995).

Penggunaan teknologi ini memerlukan perhatian yang serius tentang

pemilihan jenis serbuk batubara yang akan diinjeksi kedalam tanur tiup,

karena temperatur udara tiup yang diperlukan lebih tinggi dari pada pemakaian

udara pada proses pembakaran biasa seperti pada pembakaran ketel

konvensional.

Persyaratan kualitas serbuk batubara yang diperlukan selain dari

kandungan zat-zat yang mudah menguap (volatile matter) dan juga komposisi

kimia dari kandungan mineral dalam serbuk batubara. Pertimbangan tersebut

diatas diperlukan karena pembakaran pada temperatur tinggi sebagian unsur

abu atau mineral dalam serbuk batubara akan meleleh dan sebagian menjadi

uap atau phasa gas yang terbang dalam ruang bakar. Abu yang meleleh atau



a. Mampu memahami prilaku dasar interaksi antara abu cair dengan kokas.

b. Mampu memahami komposisi tumpukan abu pada permukaan kokas.

c. Mampu memahami prilaku degradasi kokas akibat tumpukan abu cair.

BAB

6

88

Daftar Kepustakaan

1) M. Shimizu: Research Group of Pulverized Coal Combustion in Blast Furnace-

1, JSPS54, (1995).

2) M. Ichida, T. Orimoto, T. Tanaka and F. Ko izumi: ISIJ Intl., 41, (2001), p.325.

3) H. Haraguchi, T. Nishi, Y. Miura, Y. Ushikubo and T. Noda: Tetsu-to-Hagane,

70, (1984), p.2216.

4) Y. Ishikawa, M. Kase, Y. Abe, K. Ono, M. Sugata and T. Nishi: AIME Iron

making Proceedings, 42, (1983), p.357.

5) Y. Iwanaga: Ironmaking and Steelmaking, 16, (1989), p.101.

6) D. J. Haris and D. J. Young: Ironmaking and Steelmaking, 16, 6(1989), p.339.

7) K. Yamaguchi, T. Uno, T. Yamamoto, H. Ueno, Y. Konno and S. Matsuzaki:

Tetsu-to-Hagane, 82, (1996), p.641.

8) R. Noda, I. Naruse and K. Ohtake: J. Chem. Eng. Jpn., 29, 2 (1996), p.235.

9) Unsworth J. F., Barratt D. J., and Roberts P.T., Coal Science and technology 19,

Elsevier, New York, 1991, p.20.

89

TANUR TIUP

Sejarah mulanya metode yang digunakan oleh manusia untuk

mengektraksi besi dari biji besi (iron ore) tidak begitu jelas, namun dari

literature (AISE Steel Foundation, 1999) menyebutkan bahwa metode yang

digunakan oleh manusia berdasarkan pembelajaran dari kejadian secara tiba-

tiba. Kejadian ini mungkin terjadi ketika terjadi perubahan kandungan isi perut

bumi yang ditumpu oleh unsul logam besi mengalami perubahan akibat dari

kenaikan temperatur yang tinggi.

Berdasarkan informasi dari peneliti sebelumnya dikatakan bahwa

secara umum teknologi pengolahan besi mencakup tiga rute proses yaitu

sebagai berikut (Plaul., F. J., Dkk, 2009):

1. Tanur tiup (Blast furnace)

2. Reduksi langsung (Dirrect reduction)

3. Peleburan Langsung (Smelting Reduction)



a. Dapat memahami teknologi peleburan besi dari biji besi

b. Mampu memahami pengertian dasar peleburan besi dengan

tanur tiup.

c. Memahami dasar-dasar reaksi kimia peleburan besi dengan tanur tiup.

d. Dapat mengetahui teknologi sistem injeksi serbuk batubara

pada tanur tiup.

BAB

7

102

Daftar Kepustakaan

1. AISE Steel Foundation, (1999), The Nature of Iron Making,

Pittsburgh, PA, USA.

2. F.J. Plaul, C. Böhm, J.L. Schenk, (2009), Fluidized-bed technology for

the production of iron products for steelmaking, The Journal of the

Southern African Institute of Mining and Metallurgy, Volume 108.

3. Heribert Bertling (1999), Coal and Coke for Blast Furnaces, ISIJ

International, Vol. 39, No. 7, pp 617-624.

4. Khairil (2001), “Study on Coal Combustion Characteristics and Ash

Deposition Behaviours for Pulverized Coal Injection Technology in

Blast Furnace, Doctoral Thesis, Toyohashi University of Technology,

Japan.

5. Khairil, Irwansyah dan Udink Aulia, (2011), Pengaruh Temperatur

Karbonisasi dan Gasifikasi Terhadap Kualitas Kokas Pada Industri

Peleburan Besi, Jurnal Teknik Mesin, Vol.6, No.3, Hal, 215 -221.

6. Kuniyoshi Ishii, (2000), Advanced Pulverized Coal Injection

Technology and Blast Furnace Opeartion, First Edition, Pergamon,

Elsevier Science Ltd, UK.

7. Sunahara, K., Inada, T. and Iwanaga, Y., (1993), Ironmaking and

Steelmaking, 20, 3, p.207.

103

REDUKSI LANGSUNG DAN

PROSES PELEBURAN

Selama lebih kurang seratus tahun yang lalu telah banyak usaha yang

dilakukan untuk proses pengembangan produksi besi dengan menggunakan

tanur tiup untuk keperluan bahan baku pada pembuatan baja. Banyak usaha

atau penelitian yang telah dilakukan untuk memenuhi keinginan agar supaya

dapat memproduksi besi yang berkualitas, efisien dan dapat mengurangi

danpak emisi terhadap lingkungan. Salah satu usaha yang sedang

dikembangkan adalah melebur biji besi dengan menggunakan batu bara

sebagai basis baik sebagai penyedia energi thermal dan sekaligus sebagai

penyedia gas pereduksi. Sebuah teknik yang sedang dikembangkan adalah

teknik mereduksi biji besi (iron ore) di bawah titik didih (melting point).

Teknologi tersebut dapat dikatagorikan sebagai proses reduksi langsung

(direct reduction), dimana produk-produk yang dihasilkan disebut dengan besi

sponge (besi padat berpori) dari reduksi langsung (direct reduction iron) atau

yang disingkat dengan DRI (AISE, 1999).



a. Mampu memahami pengertian dasar teknologi reduksi langsung.

b. Memahami dasar-dasar reaksi kimia reduksi langsung biji besi.

c. Mampu menghitung efektivitas reduksi langsung biji besi.

d. Mampu memahami pengertian dasar proses peleburan.

BAB

8

110

Daftar Kepustakaan

1. AISE Steel Foundation, (1999), The Nature of Iron Making,

Pittsburgh, PA, USA.

2. Giancarlo T., (2010), Energy Technology Sistem Analysis Program,

IEA Network, Technology Brief I02 - May 2010.

111

KINETIKA REDUKSI

BIJI BESI

Bab ini menjelaskan tentang pelajaran mengenai reaksi heterogen yang

terjadi antara phasa gas atau cair yang bersinggungan atau berkontak dengan

phasa padat dan kedua phasa tersebut akan bereaksi sehingga berubah menjadi

produk berupa padatan. Adapun gambaran reaksi hiterogen adalah sebagai

berikut (Octave L., 1999).

A (cair) + B (padat) → Hasil (cair) (9.1)

→ Hasil (padat) (9.2)

→ Hasil (cair dan padat) (9.3)

Sebagai mana diketahui bahwa kasus-kasus untuk reaksi hetoregen

tersebut diatas banyak dijumpai pada beberapa industry misalnya proses

peleburan besi seperti yang akan dibahas secara jelas pada bagian bab ini.



a. Mampu memahami pengertian dasar reaksi campuran

(heterogeneous).

b. Mampu menghitung fraksi penurunan massa selama reduksi

biji besi.

c. Mampu menghitung nilai konstanta laju reduksi biji besi.

d. Mampu menghitung aktivasi energi untuk reduksi biji besi.

BAB

9

121

Daftar Kepustakaan

1. A.M. Taheri, A. Saidi, A.A. Nourbakhsh, (2010), The effective

parameters on thermal recovery and reduction of iron oxides in EAF

slag, International Journal of ISSI, Vol.7 (2010), No.1, pp.25-29.

2. Kenneth K. Kuo, (2005), Principles of Combustion; Second Edition,

John Wiley & Son, Inc, New Jersey.

3. Khairil, Mahidin and Iskandar, (2015), Fundamental Study of the

Effect of Iron Reduction on the Binder Type in Iron Ore Briquette,

International Journal of Science and Technology, Special Issue Vol.1

Issue1, pp. 159-168.

4. Khairil, (2013), Buku Ajar Teknik Pembakaran Bahan Bakar Padat,

Syiah Kuala University Press, Banda Aceh, Indonesia.

5. Octave Levenspiel, (1999), Chemical Reaction Engineering; Third

Edition, John Wiley & Sons, Inc., United States of America.

6. Theresa Coetsee, (2007), Non-isothermal reaction of iron ore-coal

mixtures, Philosophiae Doctor, Faculty of Engineering, Built

Environment and Information Technology, University of Pretoria.

South Africa.

7. Qu Yingxia, (2013), Experimental Study of the Melting and Reduction

Behaviour of Ore Used in the HIsarna Process; PhD thesis, Master of

Engineering in Ferrous Metallurgy Northeastern University,

Shenyang, China, 2013

123

EMISI DARI PEMBAKARAN

BAHAN BAKAR

Secara umum gas buang yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar

fosil sebagai contoh (bahan bakar batubara) dapat menghasilkan sumber polusi

terhadap lingkungan. Polusi udara sebagai akibat emisi bahan bakar tersebut

dapat mengalami dua tahap proses, yaitu tahap pertama dan kedua. Sumber

polusi tahap pertama adalah termasuk semua unsur-unsur yang ada dalam gas

buang hasil pembakaran yang dapat berkontaminasi terhadap udara

lingkungan. Sebagian besar sumber polusi tersebut adalah karbon monoksida,

hidrokarbon, SOX, NOX, unsur-unsur metal, dan CO2. Polusi dari CO2 dan

N2O dapat meningkatkan temperatur lingkungan atau disebut dengan “green

house effect”. Polusi dari SOX dan NOX dapat menyebakan hujan asam

sedangkan polusi dari zat organik (Volatile Organic Compound) dapat

mengurangi jarak pandang. Sumber polusi tahap kedua adalah didefinisikan



a. Dapat memahami komposisi gas asap dari hasil pembakaran

bahan bakar sebagai penyedia energi thermal pada proses

peleburan.

b. Dapat mengetahui efek dari emisi gas asap terhadap makhluk

hidup dan tumbuh-tumbuhan.

c. Dapat mengetahui mekanisme efek rumah kaca.

d. Dapat mengetahui makanisme penurunan emisi NOX dan SOX.

BAB

10

142

Daftar Kepustakaan

1. Banchero JT, Verhoff FH (1971). J. Inst Fuel 34: 76.

2. Hanby V., I., 1993. Combustion and Pollution Control in Heating Systems,


3. IISI publication, (2007), World Steel in Figures, http:/worldsteel.org.

4. Khairil, (2000), Fundamental Investigation on NOX Emissions Control by

Using Bark as Reburning Fuel, Proc.The 9th Scientific Meeting PPI 2000

of Japan, Sept 2, hal. 252.

5. Khairil, Mahidin, Asri Gani and Ibrahim, Fundamental Study on

Desulfurization Characteristics of Bio-briquette at Low Temperature

Using Calcium Based Adsorbent, The 7th International Conference of

Chemical Engineering on Science and Applications, September 18-19,

2013, Banda Aceh, Indonesia.

6. Kundak M., Lazi J., Crnko J., (2009), CO2 Emissions In The Steel Industry,

METABK, 48(3), 193-197.

7. Liss PS, Crane AS (1983). Man-made Carbon Dioxide and Climate Chang.

Elsevier, Amsterdam.

buku ajar bahan bakar dan tanur - omp.unsyiahpress.id

Documents